| 이 책을 읽기 전에 |

생활 속에서 배우는

기상천외한 과학 수업

물리와 법정, 이 두 가지는 전혀 어울리지 않은 소재들입니다. 그리고

여러분에게 제일 어렵게 느껴지는 말들이기도 하지요. 그럼에도 불구하

고 이 책의 제목에는 분명 ‘물리법정’이라는 말이 들어 있습니다. 그렇다

고 이 책의 내용이 아주 어려울 거라고 생각하지는 마세요.

저는 법률과는 무관한 과학을 공부하는 사람입니다. 하지만 ‘법정’이라

고 제목을 붙인 데에는 이유가 있습니다.

이 책은 우리의 생활 속에서 일어나는 여러 가지 재미있는 사건을 다루

고 있습니다. 그리고 물리적인 원리를 이용해 사건들을 차근차근 해결해

나간답니다. 그런데 크고 작은 사건들의 옳고 그름을 판단하기 위한 무대

가 필요했습니다. 바로 그 무대로 법정이 생겨나게 되었답니다.

왜 하필 법정이냐고요? 요즘에는 〈솔로몬의 선택〉을 비롯하여 생활 속

에서 일어나는 사건들을 법률을 통해 재미있게 풀어보는 텔레비전 프로

그램들이 많습니다. 그리고 그 프로그램들이 재미없다고 느껴지지도 않

을 겁니다. 사건에 등장하는 인물들이 우스꽝스럽고, 사건을 해결하는 과

정도 흥미진진하기 때문입니다. 〈솔로몬의 선택〉이 법률 상식을 쉽고 재

미있게 얘기하듯이, 이 책은 여러분의 물리 공부를 쉽고 재미있게 해 줄

것입니다.

여러분은 이 책을 읽고 나서 자신의 달라진 모습에 놀랄 겁니다. 과학

에 대한 두려움이 싹 가시고, 새로운 문제에 대해 과학적인 호기심을 보

이게 될 테니까요. 물론 여러분의 과학 성적도 쑥쑥 올라가겠죠.

물리학은 항상 정확한 판단을 내릴 수 있습니다. 왜냐하면 물리학의 법

칙은 완벽에 가까운 진리이기 때문입니다. 저는 그 진리를 여러분이 조금

이라도 느끼게 해주고 싶습니다. 과연 제 의도대로 되었는지는 여러분의

판단에 맡겨야겠지요.

처음 해 보는 시도라 걱정되기도 합니다. 선뜻 출판 결정을 해 주신 자

음과모음의 강병철 사장님과 최낙영 주간님, 자음과모음 식구들에게 진

심으로 감사를 드립니다. 마지막으로 원고 작업에 도움을 준 경상대 99학

번 임지원 양에게 진심으로 고맙다는 말을 하고 싶습니다.

진주에서

정완상

| 프롤로그 |

물리법정의 탄생

과학을 좋아하는 사람들이 모여 사는 과학공화국이 있었다. 과학공화

국의 국민들은 어릴 때부터 과학을 필수 과목으로 공부하고, 첨단 과학으

로 신제품을 개발해 엄청난 무역 흑자를 올리고 있었다. 그리하여 과학공

화국은 세상에서 가장 부유한 나라가 되었다.

과학에는 물리학, 화학, 생물학 등이 있는데 과학공화국 국민들은 다른

과학 과목에 비해서 유독 물리학을 어려워했다. 돌멩이가 떨어지는 것이

나 자동차의 충돌 사고, 놀이 기구의 작동 원리, 정전기를 느끼는 일 등과

같은 물리적인 현상은 주변에서 쉽게 관찰되지만 그러한 현상들의 원리

를 정확하게 알고 있는 사람은 드물었다.

그 이유는 과학공화국의 대학 입시 제도와 관련이 깊었다. 대부분의 고

등학생들은 대학 입시에서 높은 점수를 받기 쉬운 화학, 생물을 선호하고

물리를 멀리했다. 학교에서는 물리를 가르치는 선생님들이 줄어들었고,

선생님들의 물리 지식 수준 역시 낮아졌다.

이런 상황에서도 과학공화국에서는 물리를 이해해야 해결할 수 있는

크고 작은 사건들이 많이 일어났다. 그런데 사건의 상당수를 법학을 공부

한 사람들로 구성된 일반 법정에서 다루어서 정확한 판결을 내리기가 힘

들었다. 이로 인해 물리학을 잘 모르는 일반 법정의 판결에 불복하는 사

람들이 많아져 심각한 사회 문제로 떠오르고 있었다.

그리하여 과학공화국의 박과학 대통령은 회의를 열었다.

“이 문제를 어떻게 처리하면 좋겠소?”

대통령이 힘없이 말을 꺼냈다.

“헌법에 물리적인 부분을 좀 추가하면 어떨까요?”

법무부 장관이 자신 있게 말했다.

“좀 약하지 않을까?”

대통령이 못마땅한 듯 대답했다.

“물리학과 관계된 사건에 대해서는 물리학자를 법정에 참석시키면 어

떨까요? 의료 사건의 경우 의사를 참석시켰는데 성공적이었거든요.”

의사 출신인 보건복지부 장관이 끼어들었다.

“의사를 참석시켜서 뭐가 성공적이었소? 의사들의 실수로 인한 의료

사고를 다루는 재판에서 의사가 피고(소송을 당한 사람)인 의사 편을 들어 피

해자가 속출했잖소.”

내무부 장관이 보건복지부 장관에게 항의했다.

“자네가 의학을 알아? 전문 분야라 의사들만 알 수 있어.”

“가재는 게 편이라고 의사들에게 항상 유리한 판결만 나왔잖아.”

평소 사이가 좋지 않은 두 장관의 논쟁을 벌였다.

“그만두시오. 우린 지금 의료 사건 얘기를 하는 게 아니잖아요. 본론인

물리 사건에 대한 해결책을 말해 보세요.”

부통령이 두 사람의 논쟁을 막았다.

“우선 물리부 장관의 의견을 들어 봅시다.”

수학부 장관이 의견을 냈다.

그때 조용히 눈을 감고 있던 물리부 장관이 말했다.

“물리학으로 판결을 내리는 새로운 법정을 만들면 어떨까요? 한마디로

물리법정을 만들자는 겁니다.”

“물리법정!”

침묵을 지키고 있던 박과학 대통령이 눈을 크게 뜨고 물리부 장관을 쳐

다보았다.

“물리와 관련된 사건은 물리법정에서 다루면 되는 거죠. 그리고 그 법

정에서의 판결들을 신문에 실어 널리 알리면 사람들이 더 이상 다투지 않

고 자신의 잘못을 인정할 겁니다.”

물리부 장관이 자신 있게 말했다.

“그럼 물리와 관련된 법을 국회에서 만들어야 하잖소?”

법무부 장관이 물었다.

“물리학은 정직한 학문입니다. 사과나무의 사과는 땅으로 떨어지지 하

늘로 올라가지는 않습니다. 또한 양의 전기를 띤 물체와 음의 전기를 띤

물체 사이에는 서로 끌어당기는 힘이 작용하죠. 이것은 지위와 나라에 따

라 달라지지 않습니다. 이러한 물리적인 법칙은 이미 우리 주위에 있으므

로 새로운 물리법을 만들 필요는 없습니다.”

물리부 장관의 말이 끝나자 대통령은 입을 환하게 벌리고 흡족해했다.

이렇게 해서 물리공화국에는 물리 사건을 담당하는 물리법정이 만들어지

게 되었다.

이제 물리법정의 판사와 변호사를 결정해야 했다. 하지만 물리학자는

재판 진행 절차에 미숙하므로 물리학자에게 재판 진행을 맡길 수는 없었

다. 그리하여 과학공화국에서는 물리학자들을 대상으로 사법고시를 실시

했다. 시험 과목은 물리학과 재판진행법 두 과목이었다.

많은 사람들이 지원할 거라 기대했지만 3명의 물리법조인을 선발하는

시험에 3명이 지원했다. 결국 지원자 모두 합격하는 해프닝을 연출했다.

1등과 2등의 점수는 만족할 만한 점수였지만 3등을 한 물치는 시험 점

수가 형편없었다. 1등을 한 물리짱이 판사를 맡고 2등을 한 피즈와 3등을

한 물치가 원고(법원에 소송을 한 사람) 측과 피고 측의 변론(법정에서 주장하거나 진

술하는 것)을 맡게 되었다.

이제 과학공화국의 사람들 사이에서 벌어지는 수많은 사건들이 물리법

정의 판결을 통해 원활히 해결될 수 있었다. 그리고 국민들은 물리법정의

판결들을 통해 물리를 쉽고 정확히 알게 되었다.

음악의 나라인 뮤지오 왕국은, 세계에서 유일한 왕국이다. 뮤지오 왕국의

왕인 한소리는 음악을 무척이나 사랑하여 음악회를 자주 열었다. 한소리

왕은 국민들과 함께 음악회에 매번 참석했다.

뮤지오 왕국은 작은 왕국이었기 때문에 지금 있는 콘서트홀의 규모는 크

게 문제되지 않았다. 그러나 뮤지오 왕국의 음악이 훌륭하다는 소문이 꼬

리에 꼬리를 물고 이웃 나라들에 퍼진 것이 문제였다. 물리공화국과 수학

공화국의 사람들도 뮤지오 왕국을 찾았다.

음악회를 찾는 사람들이 많아지자 한소리 왕은 콘서트홀을 확장해야 할

필요성을 느꼈다. 그래서 수천 명이 동시에 관람할 수 있는 대형 콘서트

홀 건설을 계획했다. 그리고 푹신 건설이 이번 공사를 맡게 되었다. 푹신

건설은 푹신푹신한 재질의 자재를 사용하여 쾌적한 건물을 짓는 것으로

유명한 회사였다.

이윽고 콘서트홀이 완성되었다. 조개껍데기 모양의 겉모습은 누가 봐도

콘서트홀 같았다. 내부로 들어가는 모든 바닥에는 왕국에서 제일 좋은 카

펫들이 깔려 있고, 벽에는 동물의 털이 붙어 있어 아늑하고 따스한 느낌

이 드는 콘서트홀이었다. 좌석은 양털 가죽을 뒤집어씌운 푹신한 소파였

다. 오랜 시간 앉아 있어도 불편하지 않은 최적의 환경이었다.

새로 지은 콘서트홀에서 처음으로 음악회가 열리는 날이었다. 한소리 왕

은 푹신한 소파에 앉아 흐뭇한 표정으로 연주가 시작되기를 기다렸다.

곧이어 음악회가 시작되었다. 그러나 음악 소리는 웅장하게 퍼지기는커

녕 점점 약해지면서 나중에는 아예 잘 들리지 않았다. 이런 상황에서 음

악회를 더 이상 진행할 수 없었다. 한소리 왕은 콘서트홀에 문제가 있다

고 여겼다.

그러나 뮤지오 왕국에서는 이러한 물리적인 현상을 제대로 설명할 수 있

는 사람이 없었다. 그리하여 이웃 과학공화국의 물리법정에 푹신 건설을

고소(범죄의 피해자가 범죄 사실을 경찰에 신고하는 것)했다.

음악을 듣지 못해서 한소리 왕이 화가 났군요. 과연 콘서트홀을 다시 지을 수

있을까요? 어서 오세요. 여기는 여러분의 과학 공부에 날개를 달아주는 물리법

정입니다.

재판을 시작합니다. 피고 측 말씀하세요.

푹신 건설은 한소리 왕의 요구대로 수천 명이 동시에 입장할 수 있는

현대적인 콘서트홀을 지었습니다. 콘서트홀에서 음악 소리가 잘 들리지

않은 것은 잘못 지어서가 아닙니다. 콘서트홀의 규모가 커진 데 비해 마

이크나 스피커의 성능이 떨어지기 때문입니다. 따라서 한소리 왕의 고소

에는 아무런 근거가 없다고 주장하는 바입니다.

원고 측 말씀하세요.

저는 한소리 왕에게 사건을 의뢰받고 음향 전문가인 이음향 씨와 함

께 콘서트홀 내부를 둘러보았습니다. 이음향 씨를 증인으로 요청합니다.

이음향이 증인석에 앉았다.

증인은 음향에 대한 전문가이죠?

네, 저는 물리 음향 연구소 소장입니다.

증인은 뮤지오 왕국 콘서트홀을 둘러보았습니다. 어떻던가요?

콘서트홀로서는 적합하지 않다는 느낌을 받았습니다.

적합하지 않다고요? 어떤 이유에서죠? 자세히 좀 설명해 주세요.

콘서트홀은 음악을 사랑하는 사람들이 음악을 감상하는 곳입니다. 그

런 만큼 소리가 잘 들리도록 건물을 설계할 필요가 있죠. 하지만 콘서트

홀의 내부는 온통 소리를 잘 흡수하는 재질들로 이루어져 있었습니다.

구체적으로 어떤 것들이죠?

바닥의 카펫, 양털 소파, 벽에 장식한 동물의 털, 이런 것들은 소리를

잘 흡수하는 재질입니다.

소리를 잘 흡수하는 재질을 사용하면 안 되는 이유가 있습니까?

물론입니다. 콘서트홀의 스피커를 통해 나온 소리는 계속 내부 벽에

부딪쳐 반사되어 콘서트홀 전체를 감돌아야 관객들은 웅장한 소리를 느

낄 수 있습니다. 그런데 지금의 구조라면 스피커에서 나온 소리가 바닥의

카펫이나 소파에 파묻히게 되어, 소리가 사라지게 됩니다. 그러니까 점점

소리가 작아지는 것처럼 여겨지겠죠.

그렇다면 웅장한 소리를 기대하기는 힘들겠군요?

그렇습니다. 일반적으로 좋은 콘서트홀을 만들기 위해서는 소리를 잘

흡수하지 않는 단단한 재질을 사용하여 내부를 설계해야 합니다.

존경하는 재판장님, 이음향 씨의 얘기에 비추어 볼 때 콘서트홀의 시

공업자인 푹신 건설은 콘서트홀에 적합하지 않게 내부를 설계하였습니

다. 이로 인해 뮤지오 왕국의 한소리 왕과 국민들이 좋은 음악회를 감상

할 수 없게 되었습니다. 이번 사건은 푹신 건설의 소리에 대한 무식함에

서 비롯된 것이므로 모든 책임이 푹신 건설에 있습니다. 따라서 한소리

왕의 고소는 정당하다고 주장하는 바입니다.

판결을 내리겠습니다. 소리의 반사가 잘 이루어지지 않는 콘서트홀의

푹신한 재질 때문에 소리가 잘 들리지 않는다는 점이 인정됩니다. 하지만

건물을 헐고 새로운 콘서트홀을 짓는 것은 낭비입니다. 따라서 푹신 건설

은 이음향 씨의 자문을 받아, 콘서트홀의 내부를 소리가 잘 반사될 수 있

는 자재로 바꿀 것을 선고(판사가 판결을 알림)합니다.

푹신 건설은 이음향 씨의 설계에 따라 콘서트홀의 내부를 바꾸었다. 콘서

트홀을 다시 개관하던 날, 한소리 왕은 개관 기념 콘서트에 갔다. 오케스

트라가 연주하는 웅장한 소리가 콘서트홀을 가득 메웠다. 콘서트홀 안에

서는 더 이상 푹신푹신한 것을 찾아볼 수 없었다.

소리가 소곤소곤

소리는 물체의 진동에 의해 만들어진 파동입니다. 그래서 소리를 다

른 말로 음파라고도 하지요.

그럼 소리를 어떻게 듣느냐고요? 방법은 간단합니다. 박수를 쳐 볼

까요? 손 주위의 공기들이 진동하여 옆으로 퍼져 나가고, 이러한 공기

의 진동이 다른 사람 귓속의 고막을 진동시키는 거랍니다. 그렇게 해서

박수소리를 듣게 되는 거죠.

● 파동이 흔들흔들

파동이 뭘까요? 파동은 영어로 ‘wave’입니다. 사전을 찾아보면

‘wave’는 파도라는 뜻입니다. 이상하지 않나요? 파동하고 파도하고 같

은 단어를 사용하다니 말이에요.

파도는 파동 현상을 볼 수 있는 예에 해당합니다. 파도를 자세히 보

면 높이 올라간 부분도 있고 움푹 들어간 부분도 보이지요? 이렇게 오

르락내리락하는 진동이 옆으로 퍼져 나가는 파동 현상이 나타납니다.

자 그럼, 우리도 한번 파동을 만들어 볼까요? 먼저 줄 하나를 준비하

세요. 줄의 한쪽 끝을 벽에 묶어 보세요. 그리고 다른 한쪽 끝을 손으로

잡고 흔들어 보세요. 그러면 물결 모양이 생길 거예요.

줄을 흔들면 물결 모양이 생기죠?

바로 이것이 파동입니다.

이것이 바로 줄에 만들어진 파동입니다. 이때 가장 높이 올라간 지점

을 ‘마루’라고 하고 가장 낮은 지점을 ‘골’이라고 합니다. 또 마루에서

마루까지의 거리를 파동의 파장이라고 합니다. 우와, 어려운 말들이 많

이 나오죠!

하지만 직접 실험해 보면 쉽게 이해가 될 거예요. 줄을 천천히 흔들

어 보세요. 마루와 마루 사이의 거리가 길어질 겁니다. 파장도 함께 길

어졌군요. 이렇게 파장이 긴 파동은 에너지가 작습니다.

이번에는 줄을 세게 흔들어 보세요. 마루와 마루 사이의 거리가 짧아

지지요? 파장이 짧아지지요? 이렇게 파장이 짧은 파동은 에너지가 큽

니다. 아하! 파동의 에너지는 파장이 짧을수록 커지는군요.

하나 더 배워야 할 말이 있습니다. 뭐냐고요? 바로 진동수라는 말입

니다. 파동은 한 부분의 진동이 옆으로 퍼져 나가는 현상입니다. 이때

1초 동안 진동을 한 횟수를 나타내는 양을 진동수라고 하죠. 1초 동안

진동을 많이 하면 진동수가 커집니다. 진동수가 커지면 한 번 진동을

하는 데 걸리는 시간은 짧아지지요? 그리고 첫 번째 마루 다음에 두 번

째 마루가 나타나는 시간도 짧아집니다. 즉, 마루와 마루 사이의 거리

가 짧아지는 거죠. 아하! 이제 아시겠죠? 꼭 기억하세요. 파동의 진동

수가 크면 파장이 짧아집니다. 그리고 하나 더! 파장과 진동수는 서로

반비례합니다.